動力電池回收利用淺析

孫嘉遙 郭雙桃

能源是社會發(fā)展的動力，現(xiàn)代文明的基石。然而，傳統(tǒng)化石能源過度消耗引起的能源危機和粗放使用帶來的環(huán)境污染，成為困擾社會健康發(fā)展亟待解決的難題。新能源電動汽車在降低石油依賴和緩解大氣污染方面，具有很大的優(yōu)勢[1]，得到了國家的強勁支持和大力推廣。2016年1-10月我國新能源汽車累計銷量達33.7萬輛，同比增長82.2%。隨著電動汽車快速發(fā)展，必然面臨車載動力電池的服役期滿報廢處置問題。動力電池回收再利用不僅可以有效降低電池成本，且能夠極大減少資源浪費，因此研究動力電池回收意義重大。

一、鋰離子電池回收政策

1.國際電池回收政策

1991年歐盟頒布施行電池指令（91/157/EEC），并隨著電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，前后2次修訂并分別出臺了電池指令（93/86/EEC）和（98/101/ EEC）。2006年歐盟發(fā)布電池回收新指令（2006/66/EC），規(guī)定其成員國電池回收再利用目標在2016年9月26日之前電池綜合回收率大于45%，工業(yè)電池實現(xiàn)100%回收；后于2008年補充發(fā)布了廢棄物框架指令（2008/98/EC），對廢舊電池類別進一步細分，明確電池回收等級[2]。

1993年日本修訂《節(jié)能法》并同時頒布《再生能源法》布局電池回收；于2000年政府施行“3R”計劃（recycling/ reuse/reduce），明確要求建立電池“循環(huán)-再利用”回收系統(tǒng)。

1991年和1994年美國相繼成立便攜式可充電電池協(xié)會（PRBA）電池和可充電電池回收公司（PBRC），并制定環(huán)境保護標準輔助電池回收。

2.國內(nèi)電池回收相關(guān)政策

我國動力電池回收起步較晚，電池回收政策和標準尚不夠完善，部分處于征求意見階段。

2012年7月，國務院印發(fā)《節(jié)能與新能源汽車發(fā)展產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》中提出：①力爭到2015年EV+PHEV累計產(chǎn)銷量達50萬輛，到2020年累計產(chǎn)銷超500萬輛；②加強動力電池梯級利用和回收管理。2014年7月《關(guān)于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》中指出：制定電池回收政策、健全電池回收體系。2015年5月《中國制造2025》中將“綠色發(fā)展”作為戰(zhàn)略指導思想，發(fā)展目標中提到：工業(yè)廢物回收利用率至2015年要求達到65%，2020年73%，2025年則為79%。

2016年1月《電動汽車動力蓄電池回收利用技術(shù)政策》中確定電池生產(chǎn)施行編碼制、建立可回溯體系；明確采用生產(chǎn)者責任延伸制度，電池生產(chǎn)商承擔電池回收的主要責任。2016年12月《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法（征求意見稿）》中提及：為便于電池的二次回收，在電池設計階段要遵循易拆卸原則，生產(chǎn)過程中必須噴碼標記；此外管理辦法中還涉及到電池的銷售、利用、貯存及運輸中與廢舊電池回收的多種規(guī)定，是目前較為全面詳細的一套提案。

3.地方城市政策

除了國家電池回收政策以外，地方政府會根據(jù)本地的新能源汽車行業(yè)、鋰離子動力電池發(fā)展現(xiàn)狀，補充相關(guān)的地方性政策法規(guī)，以下以一線城市北京、上海、廣州、深圳為例。

①2016年1月，北京舉辦《汽車有形市場未來發(fā)展趨勢論壇》，會上明確提出：新能源車企是動力電池回收的第一責任主體；退役的動力電池可梯次利用；需要革新技術(shù)使廢舊電池回收利用率達到99%。

②2014年5月，上海發(fā)布的《上海市鼓勵購買和使用新能源汽車暫行辦法》針對汽車生產(chǎn)廠商，每回收一套新能源汽車動力電池，給予1 000元補助。此辦法于2016年3月予以再次修訂，明確電池新能源汽車生產(chǎn)廠商應承擔新能源汽車廢舊動力電池回收的主體責任，具備與銷售的新能源汽車總量規(guī)模相匹配的電池回收、利用和處置能力。

③2014年11月，廣州印發(fā)《廣州市新能源汽車推廣應用管理暫行辦法》提出：在廣州市構(gòu)建車用動力電池回收體系，相關(guān)企業(yè)需提交電池回收承諾表。

④2016年9月，深圳發(fā)布《深圳市2016年新能源汽車推廣應用財政支持政策》通知，要求新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)應負責回收利用，對計提了動力電池回收處理資金的企業(yè)，按經(jīng)審計確定的金額50%對企業(yè)給予補貼，專項用于動力電池回收。

二、鋰離子電池回收市場

新能源電動汽車市場的爆發(fā)式增長，不僅帶來了規(guī)模龐大的鋰離子動力電池需求，也使得動力電池回收再利用迫在眉睫。然而，由于電池的回收標準、政策、技術(shù)等方面尚不完善，動力電池的回收比例目前僅在10%左右，不僅帶來了大量的資源浪費而且廢舊電池閑置也會造成一定的環(huán)境污染，如產(chǎn)生氫氟（HF）酸、貴金屬浸入土壤等[3]。

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2015年新能源汽車產(chǎn)銷量分別為34萬輛和33.1萬輛，同比分別增長3.3倍和3.4倍；2016年1-6月我國新能源汽車累計產(chǎn)銷量分別為17.7萬輛和17萬輛，比上年同期分別增長125.0%和126.9%，截至2016年11月累計銷量已達到40.2萬輛（見圖1）。隨著國家“十三五”規(guī)劃出臺，新能源汽車行業(yè)被持續(xù)看好，未來市場將進一步擴大。新能源汽車市場的繁榮，催生了規(guī)模龐大的動力電池需求，2016年上半年我國動力電池出貨量達到10.1GWh。進一步觀察近幾年鋰電池產(chǎn)量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，動力電池市場從2014年爆發(fā)，基本與新能源汽車市場同步?？紤]到新能源車用電池的使用壽命問題（乘用車4～6年，商用車2～3年），預期動力電池回收市場會在2018年爆發(fā)。

三、鋰離子電池回收標準

電池回收是一個逆向物流的過程，處于產(chǎn)業(yè)鏈的末端，完善系統(tǒng)的行業(yè)標準不僅有助于電池回收，而且有利于促進動力電池行業(yè)的健康發(fā)展（見圖2）。考慮到每一階段產(chǎn)品和責任的差異，在產(chǎn)業(yè)鏈的每個階段，國家都制定了相應的標準。

與電池回收相關(guān)標準如下：①廢舊電池貯存標準：應符合《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》和《危險廢物貯存污染控制標準》；②廢舊電池處理廢物排放：應符合《大氣污染物綜合排放標準》、《污水綜合排放標準》；③廢舊電池回收利用率標準：濕法冶煉，鎳、鈷、錳的綜合回收率應不低于98%；火法冶煉，稀土鎳、稀土的綜合回收率應不低于97%；部分標準尚在制定審批中，如《車用動力電池回收利用拆解規(guī)范》、《車用動力電池回收利用余能檢測》和國標《廢舊電池儲運規(guī)范》。但部分企業(yè)協(xié)會也會制定自己的企業(yè)標準，如《IATA2016鋰電池運輸指南》。此外關(guān)于電池生產(chǎn)設計階段與電池回收相關(guān)的標準尚未見報道。

四、鋰離子電池回收技術(shù)

電池回收采用先梯次利用后再生利用的原則（見圖3），對于輕度報廢電池，經(jīng)過篩分、拆解、重組后貼上梯次利用標簽，可再用于儲能系統(tǒng)、路燈、UPS電源、低速電動車等領域[4]。經(jīng)多次利用重度報廢后通過拆解再生，回收其中的電極材料，尤其是鈷（Co）、鎳（Ni）、鋰（Li）等貴金屬[5]。

電池管理系統(tǒng)BMS是動力電池梯次利用的核心：一方面，不同廠商生產(chǎn)的動力電池規(guī)格尺寸、組成成分、電壓容量都有差別；另一方面，即使同一廠家、同一批次的電池也存在一定的不一致性，而這種不一致性在使用一段時間后進一步放大對電池成組和再利用提出了更大的挑戰(zhàn)。相比而言，現(xiàn)在回收企業(yè)技術(shù)研究的重點更在于電極材料或者貴重金屬的回收。梯次利用主要用于儲能和工況要求不高的場合，只要做好分類重組，完全可以做到資源的充分利用。因此，應優(yōu)先考慮梯次利用，后再生利用。

電池正極的材料成本占據(jù)單體電池成本1/3以上，而由于負極目前采用石墨等碳材料較多，鈦酸鋰Li4Ti5O12和硅碳負極Si/C應用較少，所以目前電池的回收技術(shù)主要針對的是電池正極材料回收，相應流程如圖4[6-7]。

廢舊電池存在一定的安全隱患，所以在拆解回收之前，需提前對其進行預放電至安全電壓。廢舊電池經(jīng)放電、拆解、破碎等預處理工藝后，可實現(xiàn)動力電池的外殼剝離和初步回收。在接下來的金屬/電極材料分離、提取、回收過程中，根據(jù)回收原理不同，可細分成物理、化學、生物3種方法（見表1），也分別稱為干法、濕法和生物浸出法[8-9]。

五、鋰離子電池回收模式

行業(yè)競爭多樣性和動力電池種類、價格多樣性，決定了銷售模式和回收模式的多樣性。在不同銷售模式下，動力電池的所有權(quán)不同，也意味著回收責任和電池回收參與者身份不同。根據(jù)回收企業(yè)主體不同，可將動力電池回收分為3種模式（如圖5所示），即：生產(chǎn)商回收模式、行業(yè)聯(lián)盟回收模式、第3方回收模式，這3種模式的特點對比見表2。

電池生產(chǎn)商作為電池回收主要承擔者，由于對回收產(chǎn)品十分熟悉，回收成本小，再利用難度低，但是也存在一定的問題。對于小企業(yè)來說，回收渠道小，且難以保證穩(wěn)定的廢舊電池貨源，對回收帶來了很大的挑戰(zhàn)。目前來看，行業(yè)聯(lián)盟回收是一種比較經(jīng)濟的回收模式，覆蓋范圍大，影響力高、回收渠道多，但是在行業(yè)體系不夠完善，電池回收相關(guān)標準不夠明確情況下，存在一定的操作難度，相應的回收模式比較見表2[10]。

六、結(jié)語

雖然我國動力電池回收起步較晚，動力電池產(chǎn)業(yè)未來也具有很多不確定性，但是動力電池回收是推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展不可或缺的一環(huán)，具有重要的經(jīng)濟、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展意義，值得全社會的關(guān)注。

參考文獻

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